基于多目标优化的客车车身骨架轻量化设计

摘要

客车车身作为公交客车中重要的组成部分，并作为公交客车主要的承载部件，由于车身质量占整车质量的较大比重，因此合理的车身骨架轻量化设计对降低整车质量有着十分重要的意义。本文主要以河北洁神新能源科技有限公司的G610A-PD型纯电动公交客车为研究对象，搭建了基于多目标优化的车身骨架轻量化设计平台，主要研究内容包括以下几个方面：
　　(1)分析了此纯电动公交客车整车车身骨架结构的特点，并依据该公交客车车身骨架的特点对整车车身骨架结构的几何模型进行了合理的简化，随后建立了车身骨架有限元模型。确定了公交客车的一般行驶工况以及电动公交客车车身骨架的技术指标。
　　(2)分析了公交客车在各工况下的载荷及相应的约束条件，研究了公交客车在各个工况下的强度与刚度情况，并重点研究了扭转工况下的扭转刚度以及在各工况下的车身骨架处的开口变形，完成了相关的技术评价。基于模态分析理论，对车身骨架进行了各阶模态频率与振型的分析与评价，分析了该车身骨架的动态刚度特性，着重研究了车身骨架前十阶模态特性，为进一步结构改进提供了重要依据，并为车身骨架轻量化设计提供了参考依据。
　　(3)基于ISIGHT在客车车身骨架多目标优化设计方面的优势，对客车车身骨架结构进行了相关优化，主要通过利用集成ANSYS大型有限元分析软件来搭建多目标优化设计平台，利用 APDL语言搭建可视化模型，实现自动建模、自动仿真从而达到自动优化的效果。提出了一种基于多目标优化的车身骨架轻量化设计的新方法。
　　(4)在完成多目标优化之后，最终会得到一系列的Pareto解，依据实际工程需要确定最优解，完成车身骨架的多目标优化设计。在本次优化过程中，由于着重考虑的是车身质量问题，因此在Pareto解中主要倾向的选择是使车身骨架质量达到最轻的解，依据此原则得到了最终的设计变量的求解值。在整个多目标优化设计的过程可以发现，基于ISIGHT的车身骨架轻量化优化算法易于选择，结果获取方便，优化思路明确，可以显著的提高优化效率与降低不必要的人为错误。对于像这种大型、复杂的车身骨架多目标优化设计问题，利用该方法有显著的优势与前景。
　　(5)确定了车身骨架的结构改进方案，并具体给出了各优化杆件的尺寸厚度方案。优化结果显示在保证车身骨架扭转刚度及一阶扭转频率不降低的情况下达到了在轻量化效果，并验证了结构改进后车身骨架在各个工况下的强度、刚度以及车身骨架的开口变形，并对车身骨架的前十阶模态的动态刚度特性进行了验证，最终车身骨架质量由1840kg下降到1717kg，车身骨架质量减重约123kg，约占整车车身骨架的6.7％。扭转刚度由56.4 N.m/(o)提高到60.1N.m/(o)，一阶扭转频率由6.3HZ上升到6.5HZ，最终完成车身骨架的轻量化设计，确定轻量化方案的可行性。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2研究背景、目的及意义

1.3国内外研究现状

1.4本课题主要研究内容

第2章 纯电动公交客车车身结构有限元建模

2.1引言

2.2电动公交客车车身骨架模型的建立

2.3电动公交客车车身骨架技术指标

2.4本章小结

第3章 纯电动公交客车车身有限元分析

3.1引言

3.2弯曲工况

3.3极限扭转工况

3.4紧急制动工况

3.5紧急转弯工况

3.6车身骨架模态分析

3.7本章小结

第4章 纯电动公交客车车身骨架轻量化设计

4.1引言

4.2结构优化方法简介

4.3 ISIGHT的集成多目标优化平台简介

4.4纯电动公交客车车身骨架轻量化设计

4.5本章小结

第5章 客车车身骨架轻量化方案确定及校核

5.1引言

5.2前围骨架轻量化方案的确定与校核

5.3后围骨架轻量化方案的确定与校核

5.4右侧围骨架轻量化方案的确定与校核

5.5左侧围骨架轻量化方案的确定与校核

5.6顶盖围骨架轻量化方案的确定与校核

5.7底部骨架轻量化方案的确定与校核

5.8轻量化效果

5.9本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果